揭开褐矮星的起源
Ray Jayawardhana 文    Shea 译

　　褐矮星质量太小不能成为恒星，但是按照传统的分类也不能分类为行星。它们一般都是孤立的，不过有一些也会和恒星成协。褐矮星同时具有恒星和行星的一些特质，而且它们的质量也处于行星和恒星之间，从10个木星质量到75个木星质量不等。尽管还存在着一些问题，但是褐矮星可能掌握着恒星和行星形成的线索。过去的5年时间里在太阳系附近以及在年轻的星团中发现了几百颗褐矮星，由此天文学家对它们的起源产生了浓厚的兴趣。

  

[图片说明]：天文学家在恒星形成区中寻找年轻的褐矮星，以了解它们的起源。在这张照片中的一些暗弱的点源被证认为褐矮星。照片版权：ESO。

　　这些质量甚至可以低到10个木星质量的天体是怎样形成的呢？一种可能是褐矮星形成于分子云的碎裂和核心坍缩，也就是说它们与普通的恒星有着一样的形成过程。1976年，娄（Low）和林登-贝尔（Lynden-Bell）计算得到金斯质量（星云碎裂并且坍缩的最小质量）为7个木星质量。这一结果与在邻近的类太阳恒星旁发现的行星质量相当，小于13个木星质量的氘燃烧阈值。许多天文学家都把氘燃烧极限作为褐矮星和行星的界线。计算机模拟显示，如果星云中的磁场足够强，那么星云初始质量即使只有1个木星质量也可以坍缩形成自引力天体。

　　瑞普斯（Reipurth）和克拉克（Clarke）提出了另一种理论，他们认为褐矮星是恒星的胚胎，在它们吸积到足够的物质（大约75个木星质量）点燃氢核聚变之前就被抛射出新诞生的多星系统了。在这个理论中，恒星的胚胎会彼此间争夺吸积的物质，吸积最慢的那个天体最有可能在剧烈的相互作用中被抛射出去。在计算机模拟中，在恒星系统的早期低质量的天体经常被抛射出去。同时也有人认为褐矮星形成于原恒星或者年轻双星周围吸积盘中的引力不稳定区域。

　　对年轻褐矮星的研究有助于我们检验这些理论。例如，如果抛射假说是正确的，那么褐矮星周围的吸积盘应该会在多星系统的近距离相互作用下被剥离。因此这些盘的寿命很短，同时也不应该出现许多褐矮星双星，因为这些双星系统会由于抛射过程被瓦解。

　　一些研究小组已经开始寻找邻近的恒星形成区和星团中年轻褐矮星周围的尘埃盘了。这些尘埃盘会吸收来自中央天体的光。然后又以更长的波长发射这些辐射，使得这些有盘的天体在红外波段比那些没有盘的天体显得更为明亮。观测显示，与类太阳恒星的起源相似，年轻的褐矮星周围普遍存在着吸积盘，而且可以维持大约100万年。不过现在的观测还无法确定这些盘的大小，但是这些盘的寿命却和普通盘的寿命相当。

　　褐矮星也和普通恒星一样从吸积盘中吸积物质。使用凯克和麦哲伦望远镜上的高分辨率光谱仪，天文学家在许多极为年轻的褐矮星的光谱中发现了宽而不对称的氢发射线。这些谱线告诉我们吸积盘内边缘处的气体正以100km/s或者更高的速度落向中央天体。褐矮星的吸积率和太阳质量的恒星相比要弱10到100倍。但是在一些情况下，这些吸积过程可以持续1千万年——这是在亚恒星周围存在长寿命吸积盘的又一证据。

　　一个引人注意的案例是位于南冕座R恒星形成区中的年轻褐矮星LS-RCrA 1。它的光谱不仅显示出它具有可能源于盘的吸积流，同时它也存在着物质的外流。因为在它的光谱中存在着许多禁线，这通常与吸积的物质被垂直于吸积盘抛出有关。如果未来的观测证实了这一点，那么这将进一步确认年轻褐矮星与年轻恒星的相似性。

　　这是否意味着褐矮星和类太阳恒星有着相同的起源呢？许多人的回答是肯定的，但是至少对于一部分的褐矮星来说，下结论还为时尚早。“斯皮泽”空间望远镜的远红外观测以及地面上毫米波的观测可以确定褐矮星盘的质量和大小，这也可以使我们确定这些盘是否存在着截断。对褐矮星双星的统计可以作为另一个佐证。对更年轻的原褐矮星的红外观测也可以为我们提供有关褐矮星起源的线索。


出自：Science
发布日期：2004-01-16

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